معلومة

التطور: مجموعة كبيرة واحدة مقابل العديد من المجموعات السكانية الصغيرة

التطور: مجموعة كبيرة واحدة مقابل العديد من المجموعات السكانية الصغيرة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لنفترض أنني أريد تطوير بكتيريا مقاومة لمضاد حيوي. أريد أن أفعل ذلك عن طريق تنمية مجموعات البكتيريا المستنسخة في البداية بوجود هذا المضاد الحيوي لفترة طويلة.

لدي خياران:

  • اصنع قارورة واحدة بسعة 50 مل
  • قم بعمل عشر ثقافات أنبوبية سعة 5 مل

ما هي المزايا والعيوب النسبية لهذين الاثنين؟ من الواضح أن النسخة العشر ثقافات أفضل في استكشاف مساحة جميع آليات المقاومة الممكنة. ومع ذلك ، ماذا عن معدل التطور؟ إذا كنت أرغب فقط في الحصول على سلالة مقاومة في أسرع وقت ممكن ، فما النوع الذي يجب أن أستخدمه؟

لاحظ أن "المضاد الحيوي" هو مجرد وكيل لأي ضغط انتقائي ، و "البكتيريا" هي وكيل لأي كائن حي. إذا أمكن ، أعتقد أنه سيكون من المثير للاهتمام معالجة آثار التكاثر الجنسي مقابل التكاثر اللاجنسي في الكائن الحي الذي يتم تطويره.

يوجد بالفعل سؤال ، كيف يتناسب معدل التطور / الابتكار مع حجم السكان؟ هذا مشابه جدا. أعتقد أن بلدي مختلف ، لأنه ليس عددًا صغيرًا من السكان مقابل عدد كبير من السكان ، ولكن عدد سكان واحد كبير مقابل العديد من المجموعات السكانية الصغيرة. بعبارة أخرى ، أحاول التحكم في عدد أحداث الانتقاء / الطفرة ، والتركيز فقط على التقسيم الطبقي لمجموع السكان.


ملحوظة: هذه ليست منطقة أعرف فيها القمامة جيدًا


أين توجد العديد من العمليات المضادة للنظر في هذا السؤال. على سبيل المثال ، سيتأثر معدل التطور بمعدل الطفرة ، وتوزيع الطفرات الإيجابية والضارة ، وقوة الاختيار ، سواء كانت تأثيرات اللياقة صغيرة أو كبيرة ، إذا كانت تأثيرات اللياقة تعتمد على التفاعلات بين الطفرات المتعددة أو الطفرات الفردية مع تأثير كبير ، لاجنسي مقابل السكان الجنسيين ، وعمليات مثل الانجراف الجيني.

مراجعة حديثة مفيدة لسؤالك هي Lanfear et al (2014). يركزون على كيفية تأثر معدل الإحلال بالحجم الفعال للسكان ، ويخضعون للأدلة النظرية والتجريبية. وخلصوا إلى أنه في معظم الحالات ، تكون معظم الطفرات ضارة ، وأن الانجراف والاختيار هما أهم التأثيرات في تحديد معدلات التطور. كما أنها تشير إلى تأثير الحجم الفعال للسكان (Nه) من المرجح أن يعتمد على ما إذا كانت الطفرات تهيمن عليها طفرات ضارة أو مفيدة ، ويتوقعون أن يكون معدل التطور مرتبطًا سلبًا بـ Nه عندما تهيمن الطفرات الضارة على التطور وترتبط ارتباطًا إيجابيًا بـ N.ه عندما تهيمن الطفرات المفيدة.

تشير ورقة كتبها روزن وآخرون (2008) إلى أنه في حين أن التجمعات السكانية الكبيرة أكثر فاعلية في إصلاح الطفرات ذات التأثيرات الإيجابية الكبيرة ، يمكن أن تكون التجمعات الصغيرة أكثر فاعلية في المناظر الطبيعية المعقدة "الوعرة" التكيفية.

في حين أن هذه الحتمية تسرع التكيف على المشهد التكيفي السلس الذي تمثله البيئة البسيطة ، إلا أنها يمكن أن تحد من قدرة السكان الكبيرة من الاستكشاف الفعال للتضاريس الأساسية للمناظر الطبيعية المتكيفة الوعرة التي تتميز بالبيئات المعقدة.

ومع ذلك ، فإن هذا لا يتعامل بشكل مباشر مع معدل التطور ، ولكن في الغالب يتعلق بتحقيق أعلى لياقة ممكنة في مشهد لياقة معين. ورقة أخرى مثيرة للاهتمام هي Desai et al. (2007) ، لكنني لم أتصفح هذا الأمر بعد. ومع ذلك ، وجدوا (بالنسبة للبكتيريا اللاجنسية) أن سرعة التكيف تقل عن المستوى الخطي مع حجم السكان ، كما تم العثور على نتائج مماثلة في دراسات من مجموعة Lenski. تفسيرهم هو أن التطور مدفوع بطفرات متعددة متزامنة ذات تأثير صغير وليس تثبيتًا واحدًا تلو الآخر للطفرات الفردية (والذي من شأنه أن يفضل مجموعات كبيرة أكثر).

بالنسبة لقضيتك الخاصة بتطور المقاومة ، على ما أعتقد أحد الأشياء المهمة هو إذا كنت تتوقع المقاومة مدفوعة بطفرات فردية قليلة أو مجموعات من طفرات عديدة التي تتفاعل (تتعلق بما إذا كانت المقاومة "سهلة" أو "صعبة" التطور). بناءً على ما أفهمه ، يجب أن تفضل الحالة الأولى مجموعة كبيرة من السكان (لأنها ستصلح الطفرات للمقاومة بسرعة أكبر) ، بينما قد تفضل الحالة الثانية العديد من المجموعات السكانية الأصغر (حيث قد تحصل على استكشاف أكثر فعالية لمجموعات الطفرات)

هذه مجرد نقاط بداية قليلة في مجال كبير جدًا ، وآمل أن تجدها مفيدة.


مع وجود عدد كبير جدًا من السكان مثل هذا ، فإن تأثير الانجراف الجيني يذهب إلى الصفر ، وهو أمر مبسط إلى حد كبير. أفترض أيضًا أن الانتقاء قوي جدًا ، بحيث تكون أوقات التثبيت صغيرة ، ومعدلات الطفرات وحجم التجمعات يلغيان بشكل أو بآخر ، لذلك هناك عدد محدود من الطفرات ومساحة الاختيار غير مستكشفة نسبيًا. إذا كان الاختيار ضعيفًا ، فكل شيء يستغرق وقتًا أطول ، لكنني متأكد من أن النتائج هي نفسها. هناك استكشاف أكبر للبدائل ، لكن هذا لا يؤثر على تجربتنا الفكرية التي تقارن حجم السكان.

في المجموعات غير الجنسية: 10 ثقافات ستمنحك عشر إجابات لمعايير اختيارك ، واحدة منها ستكون "الأفضل". ستمنحك إحدى الثقافات الحل الأفضل بعد قليل (يستغرق السكان الأكبر وقتًا أطول للوصول إلى التثبيت).

في المجموعات الجنسية: ثقافة واحدة أفضل. مساحة الأليلات أكبر ، وسيتم اختبار الطفرات الإيجابية أو الإيجابية المشروطة ضد شركاء تآزريين محتملين.

ضع في اعتبارك أن هناك عشرة طفرات إيجابية تنقسم بين سكانك. السكان الجنسيون في عشر مجموعات فرعية لديهم فرصة ضئيلة للحصول على جميع الطفرات العشر في نفس الجينات ، ولكن جميع المجموعات الفرعية العشرة مجتمعة تجعل من شبه المؤكد أن جميع الطفرات العشر ستجعلها في نفس الكائن الحي.

هناك حد لحجم السكان الجنسي الذي لا يتسارع التطور فوقه مع وجود أفراد إضافيين ، لأن أي طفرات إضافية يجلبونها إلى الطاولة مضمونة في النهاية أنها موجودة بالفعل في مجموعة الجينات. هذا الحد مرتبط بحجم الجينوم ومعدل الطفرات وربما بأشياء أخرى ، لكنه ضخم بالنسبة للأنواع البيولوجية.


كلاهما له فوائده وعيوبه.

قد يكون للثقافة الكبيرة الواحدة خطر أكبر للتلوث ، ولكن هناك فرصة أكبر لوجود الأفراد المتحولين المقاومين ، لذلك في هذه الحالة سيكون لديك خطر أقل للإبادة الكاملة لثقافتك.

من ناحية أخرى ، ستتيح لك الثقافات العديدة الأصغر تجربة عدة جرعات من المضاد الحيوي دون الخوف من إبادة ثقافتك. من ناحية أخرى ، من المحتمل أن يكون لكل ثقافة فردية تنوع أقل ، مما يقلل من فرصة ظهور سلالات جديدة.


يتخلل الكثير من الأدبيات حول التطور الاجتماعي الجدل القديم حول المزايا النسبية لاختيار الأقارب والمجموعة. في هذا النقاش ، غالبًا ما يتم الخلط بين التفسير البيولوجي للعمليات التي تحدث في مجتمعات حقيقية مع المنهجية الرياضية المستخدمة لوصف هذه العمليات. هنا ، نسلط الضوء على التمييز بين الاثنين من خلال وضع هذه المناقشة في السياق الأوسع للتطور في المجموعات السكانية المنظمة. نوضح في هذا الاستعراض أن النقاش الحالي يتجاهل جوانب مهمة من التفاعل بين البنية الجينية والديموغرافية ، ونجادل بأن التركيز المستمر على المزايا النسبية لاختيار الأقارب مقابل اختيار المجموعة يصرف الانتباه عن المضي قدمًا في المجال.

العنوان الحالي: Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive، UMR 5175، CNRS 1919 route de Mende، 34293 Montpellier Cedex 5، France


"جزء محسوس" من التباين

كانت رؤية داروين الأساسية هي أن الكائنات الحية ذات السمات غير المواتية سيتم التخلص منها ببطء من خلال الاختيار السلبي (أو المنقي) ، في حين أن الكائنات ذات الميزات المفيدة سوف تتكاثر في كثير من الأحيان وتمرر هذه الميزات إلى الجيل التالي (الاختيار الإيجابي). من شأن الانتقاء أن يساعد في نشر وصقل تلك الصفات القيمة. بالنسبة لمعظم النصف الأول من القرن العشرين ، عزا علماء الوراثة السكانية إلى حد كبير الاختلافات الجينية بين السكان والأنواع إلى التكيف من خلال الاختيار الإيجابي.

ولكن في عام 1968 ، قاوم عالم الوراثة السكانية الشهير موتو كيمورا ، منظور التكيف مع نظريته المحايدة للتطور الجزيئي. باختصار ، جادل بأن "جزءًا ملموسًا" من التباين الجيني داخل الأنواع وفيما بينها هو نتيجة للانحراف الجيني - أي تأثيرات العشوائية في مجموعة سكانية محدودة - بدلاً من الانتقاء الطبيعي ، وأن معظم هذه الاختلافات ليس لها عواقب وظيفية على البقاء والتكاثر.

في العام التالي ، نشر عالما الأحياء جاك ليستر كينغ وتوماس جوكس "التطور غير الدارويني" ، وهو مقال أكد بالمثل على أهمية التغيرات الجينية العشوائية في مسار التطور. ظهر نقاش مستقطب بعد ذلك بين المحايدين الجدد والتكيفين التقليديين. على الرغم من أن الجميع اتفقوا على أن تنقية الانتقاء من شأنه أن يقضي على الطفرات الضارة ، إلا أن المحايدين كانوا مقتنعين بأن الانحراف الجيني يفسر معظم الاختلافات بين المجموعات السكانية أو الأنواع ، في حين أن خبراء التكيف نسبوهم إلى الاختيار الإيجابي للسمات التكيفية.

اعتمد الكثير من الجدل على ما تعنيه كيمورا بالضبط بـ "جزء ملموس" من التنوع الجيني ، وفقًا لجيفري تاونسند ، خبير الإحصاء الحيوي وأستاذ البيولوجيا التطورية في كلية ييل للصحة العامة. "هل هذا 50 بالمائة؟ هل هي 5 في المائة ، 0.5 في المائة؟ قال "لا أعرف". نظرًا لأن بيان كيمورا الأصلي للنظرية كان نوعيًا وليس كميًا ، "لا يمكن إبطال نظريته من خلال البيانات اللاحقة".

ومع ذلك ، تم تبني النظرية المحايدة بسرعة من قبل العديد من علماء الأحياء. كان هذا جزئيًا نتيجة لسمعة كيمورا كواحد من أبرز علماء الوراثة النظريين في ذلك الوقت ، ولكنه ساعد أيضًا في أن تكون رياضيات النظرية بسيطة نسبيًا وبديهية. قال أندرو كيرن ، عالم الوراثة السكانية الآن بجامعة أوريغون ، والذي ساهم بمقال مع ماثيو هان ، عالم الوراثة السكانية في جامعة إنديانا: "أحد أسباب شعبية النظرية المحايدة هو أنها جعلت الأمور أسهل كثيرًا". ، إلى عدد خاص من علم الأحياء الجزيئي والتطور الاحتفال بالذكرى الخمسين للنظرية المحايدة.

أوضح هان أنه لتطبيق نموذج محايد للتطور على مجموعة سكانية ما ، لا يتعين عليك معرفة مدى قوة الانتقاء ، أو حجم التعداد السكاني ، أو ما إذا كانت الطفرات سائدة أم متنحية ، أو ما إذا كانت الطفرات تتفاعل مع طفرات أخرى. في النظرية المحايدة ، "تختفي كل تلك المعلمات الصعبة جدًا لتقديرها".

المدخل الرئيسي الوحيد الذي يتطلبه النموذج المحايد هو ناتج حجم السكان ومعدل الطفرة لكل جيل. من هذه المعلومات ، يمكن للنموذج المحايد أن يتنبأ بكيفية تغير تواتر الطفرات في السكان بمرور الوقت. بسبب بساطته ، اعتمد العديد من الباحثين النموذج المحايد باعتباره "نموذجًا فارغًا" مناسبًا ، أو تفسيرًا افتراضيًا لأنماط التباين الجيني الذي لاحظوه.

لم يقتنع بعض علماء الوراثة السكانية بحجة كيمورا. على سبيل المثال ، أظهر جون جيليسبي ، عالم الوراثة السكانية النظرية بجامعة كاليفورنيا ، ديفيس (ومستشار الدكتوراه في كيرن) ، في أوائل السبعينيات أن بعض النماذج القائمة على الانتقاء الطبيعي يمكن أن تفسر الأنماط التي لوحظت في الطبيعة وكذلك النماذج المحايدة ، إن لم يكن كذلك أفضل.

قالت ريبيكا روجرز ، عالمة الوراثة التطورية بجامعة نورث كارولينا في شارلوت ، إن الأهم من ذلك ، حتى عندما لا تكون هناك بيانات كافية لدحض نموذج باطل للنظرية المحايدة ، فإن هذا لا يعني أن الانتقاء الطبيعي لا يحدث. قالت: "في أي وقت تكون لديك فيه بيانات محدودة ، تصبح الحجج شرسة حقًا".

لعقود من الزمان ، كان هذا هو جوهر المشكلة: اقترح Kimura نظرية محايدة في وقت ما قبل تكنولوجيا التسلسل غير المكلفة وأصبح تفاعل البوليميراز المتسلسل متاحًا ، عندما كانت بيانات تسلسل الجينات قليلة. لم تكن هناك طريقة بسيطة لإثبات أو دحض مبادئها على نطاق واسع إلا على أسس نظرية لأننا لم نكن نعرف ما يكفي عن التباين الجيني لحل النزاع.


توازن هاردي واينبرغ

لإثبات توازن هاردي-واينبرغ ، افترض أن G و g هما الأليلات السائد والمتنحي لسمة حيث GG = أخضر ، و gg = أصفر ، و Gg = برتقالي. في مجتمعنا التخيلي المكون من 1000 فرد ، افترض أن 600 لديهم النمط الجيني GG ، و 300 منهم Gg ، و 100 gg. يتم حساب تردد الأليل والنمط الجيني لكل أليل عن طريق قسمة مجموع السكان على الرقم لكل نمط وراثي:

بعد تحديد تردد الأليل ، يمكننا التنبؤ بتكرار الأليل في الجيل الأول من النسل.

أولاً ، حدد العدد الإجمالي للأليلات الممكنة في الجيل الأول. في هذه الحالة التخيلية ، نظرًا لأن كل كائن حي به أليلين ويوجد 1000 كائن حي ، فإن عدد الأليلات المحتملة في الجيل الأول من النسل هو:

بعد ذلك ، افحص إمكانية كل أليل. بالنسبة إلى G allele ، يجب أخذ كل من GG و Gg في الاعتبار. تؤخذ بشكل منفصل ،

بيونوت

الرسالة ص يستخدم لتحديد تردد الأليل للأليل السائد (.75) و q للأليل المتنحي (.25). لاحظ أن ص + ف = 1.

وبالتالي ، فإن تردد G أليل هو:

بالنسبة للأليل g ، الحساب مشابه:

وبالتالي ، فإن تردد g أليل هو:

يمكن أن يتنبأ هاردي-واينبرغ أيضًا بترددات النمط الجيني من الجيل الثاني. من المثال السابق ، ترددات الأليل للأليلات الوحيدة الممكنة هي ص = .75(ز) و ف = .25(ز) بعد الانقسام الاختزالي. لذلك ، فإن احتمال وجود نسل GG هو ص ص = ص 2 أو (.75) (.75) = 55 بالمائة. بالنسبة لإمكانية gg ، تكون ترددات الأليل q q أو (.25) (.25) = 6 بالمائة. بالنسبة للنمط الجيني متغاير الزيجوت ، يمكن أن يأتي الأليل السائد من أي من الوالدين ، لذلك هناك احتمالان: Gg = 2ص = 2 (.75) (.25) = 39 بالمائة.

لاحظ أن النسب المئوية تساوي 100 وترددات الأليل (ص و ف) متطابقة مع تردد النمط الجيني في الجيل الأول! نظرًا لعدم وجود اختلاف في هذا الموقف الافتراضي ، فهو في توازن هاردي واينبرغ ، وستظل ترددات الجين والأليل دون تغيير حتى يتم التصرف بناءً عليها بواسطة قوة (قوى) خارجية. لذلك ، فإن السكان في توازن مستقر مع عدم وجود تغيير فطري في الخصائص المظهرية. كما هو مذكور في التطور التاريخي وآليات التطور والانتقاء الطبيعي ، يميل السكان إلى عدم البقاء في توازن هاردي واينبرغ لفترة طويلة جدًا بسبب الضغوط البيئية.

تسلط معادلة هاردي-واينبرغ الضوء على حقيقة أن التكاثر الجنسي لا يغير ترددات الأليل في تجمع الجينات. كما أنه يساعد في تحديد التوازن الجيني في مجموعة سكانية نادرًا ما توجد في بيئة طبيعية لأن خمسة عوامل تؤثر على توازن هاردي واينبرغ وتخلق طريقتها الخاصة من أجل التطور الجزئي. لاحظ أن الأربعة الأولى لا تتضمن الانتقاء الطبيعي:

  • طفره
  • هجرة الجينات
  • الانحراف الجيني
  • التزاوج غير العشوائي
  • الانتقاء الطبيعي

الرجوع إلى التطور التاريخي وآليات التطور والانتقاء الطبيعي للحصول على تغطية أكثر عمقًا لنموذج الانتقاء الطبيعي.

Bioterms

أ طفره هو تغيير وراثي للجين بإحدى الآليات المختلفة التي تغير تسلسل الحمض النووي للأليل الموجود لإنشاء أليل جديد لهذا الجين.

طفره

الآلية الأساسية للتطور الجزئي هي تكوين أليلات جديدة بواسطة طفره. تؤدي الأخطاء العفوية في تكاثر الحمض النووي إلى ظهور أليلات جديدة على الفور بينما تؤدي الطفرات الفيزيائية والكيميائية ، مثل الأشعة فوق البنفسجية ، إلى حدوث طفرات بمعدل أقل باستمرار. تؤثر الطفرات على التوازن الجيني عن طريق تغيير الحمض النووي ، وبالتالي إنشاء أليلات جديدة قد تصبح بعد ذلك جزءًا من مجموعة الجينات التناسلية للسكان. عندما يخلق أليل جديد ميزة للنسل ، فإن عدد الأفراد الذين لديهم الأليل الجديد قد يزداد بشكل كبير عبر الأجيال المتعاقبة. هذه الظاهرة ليست ناتجة عن الطفرة بطريقة أو بأخرى بسبب الإفراط في تصنيع الأليل ، ولكن بسبب التكاثر الناجح للأفراد الذين يمتلكون الأليل الجديد. لأن الطفرات هي العملية الوحيدة التي تخلق أليلات جديدة ، فهي الآلية الوحيدة التي تؤدي في النهاية إلى زيادة التنوع الجيني.

هجرة الجينات

هجرة الجينات هي حركة الأليلات إلى أو خارج السكان إما عن طريق الهجرة أو الهجرة من قبل الأفراد أو الجماعات. عندما تتدفق الجينات من مجموعة إلى أخرى ، قد يؤدي هذا التدفق إلى زيادة التباين الجيني للمجموعات الفردية ، لكنه يقلل التباين الجيني بين السكان ، مما يجعلهم أكثر تجانسًا. الهجرة الجينية هي التأثير المعاكس لـ العزلة الإنجابية، والتي تميل إلى أن تكون جينية بالقرب من توازن هاردي واينبرغ.

الانحراف الجيني

الانحراف الجيني هي الظاهرة التي تؤدي فيها الصدفة أو الأحداث العشوائية إلى تغيير ترددات الأليل في مجموعة سكانية. للانجراف الجيني تأثير هائل على التجمعات السكانية الصغيرة حيث يكون تجمع الجينات صغيرًا جدًا لدرجة أن أحداث الصدفة الصغيرة تؤثر بشكل كبير على حساب هاردي-واينبرغ. يؤدي فشل كائن حي واحد أو مجموعات صغيرة من الكائنات الحية في التكاثر إلى حدوث انحراف جيني كبير في مجموعة صغيرة من السكان بسبب فقدان الجينات التي لم يتم نقلها إلى الجيل التالي. على العكس من ذلك ، فإن المجموعات السكانية الكبيرة ، التي تُعرّف إحصائيًا على أنها أكبر من 100 فرد متكاثر ، تكون أقل تأثرًا نسبيًا بالأحداث العشوائية المعزولة وتحتفظ بتردد أليل أكثر استقرارًا مع انجراف جيني منخفض.

يعمل نوعان من الانجراف الجيني عندما يتم تعديل عدد كبير من السكان ليتم اعتبارهم إحصائيًا كمجموعة صغيرة: تأثير التجزئة وتأثير رائد.

ال تأثير التجزئة هو نوع من الانجراف الجيني الذي يحدث عندما يحدث طبيعي ، مثل حريق أو إعصار ، أو حدث من صنع الإنسان ، مثل تدمير الموائل أو الصيد الجائر ، يقسم أو يقلل بشكل غير انتقائي من السكان بحيث يحتوي على تنوع جيني أقل من التباين الوراثي في ​​السابق تعداد السكان. قد يتفكك عدد كبير من السكان عندما يخلق السد من صنع الإنسان بحيرة كبيرة حيث لم يكن هناك نهر من السهل الحصول عليه من قبل لا يعيق الحركة. وبالمثل ، يمكن لطريق سريع جديد عزل الأنواع على كلا الجانبين. النتيجة الصافية هي جزء صغير يتم فصله بشكل تناسلي عن المجموعة الرئيسية. لم تصبح المجموعة المجزأة معزولة بسبب الانتقاء الطبيعي ، لذلك قد تحتوي على جزء أو كل التباين الجيني لمجموعة أكبر من السكان.

بيونوت

حتى عندما تتعافى مجموعات سكانية صغيرة ، فإن تنوعها الوراثي لا يزال منخفضًا لدرجة أنها تظل في خطر الانقراض من حدث كارثي واحد.

بيونوت

تنفق حدائق الحيوان قدرًا كبيرًا من الوقت والمال والطاقة في محاولة لزيادة تنوعها الجيني عن طريق تحديد مواقع تكاثر جديدة للتزاوج ، عادةً من حدائق الحيوان الأخرى.

ال تأثير رائد يحدث عندما تنفصل مجموعة صغيرة عن أكبر عدد من السكان لاستعمار منطقة جديدة. مثل تأثير التجزئة ، فإن الرواد ، الذين قد يتكونون من بذرة واحدة فقط أو زوج تزاوج ، يظلون خطر الانقراض لأنهم لا يمتلكون التنوع الجيني للجسم الرئيسي ، وبالتالي هم أقل عرضة لإنتاج ذرية قادرة على البقاء على قيد الحياة التغييرات في بيئة. على الرغم من أن السكان الرواد يتكاثرون بنجاح ، إلا أن التباين الجيني لم يزد. لذا فإن الخطر الذي ينطوي عليه البقاء على قيد الحياة في بيئة متغيرة لا يزال قائماً!

التزاوج غير العشوائي

تفترض معادلة هاردي واينبرغ أن جميع الذكور لديهم فرصة متساوية لتخصيب جميع الإناث. ومع ذلك ، في الطبيعة ، نادرًا ما يكون هذا صحيحًا بسبب عدد من العوامل مثل القرب الجغرافي ، كما هو الحال في النباتات ذات الجذور. في الواقع ، التزاوج غير العشوائي النهائي هو فعل الإخصاب الذاتي الشائع في بعض النباتات. في حالات أخرى ، مع اقتراب موسم الإنجاب ، يكون عدد الأصحاب المرغوب فيه محدودًا بسبب وجودهم (أو غيابهم) وكذلك بسبب طقوسهم التنافسية المسبقة. أخيرًا ، يمارس علماء النبات وعلماء الحيوان التزاوج غير العشوائي أثناء محاولتهم تكاثر كائنات أكثر وأفضل لتحقيق منافع اقتصادية.


كيف يعمل التطور؟

التطور هو ببساطة التغيير في مجموعة الجينات لـ تعداد السكان متأخر، بعد فوات الوقت. لا تتطور الكائنات الحية الفردية بمجرد حصولك على جيناتك ، فلا يمكن تغييرها حقًا إلا في حالات نادرة جدًا. لكن هناك خمس طرق مختلفة يمكن أن تغير بها الجينات السكان بمرور الوقت:

طفره

تعتبر الطفرة مهمة جدًا في التطور لأنها الطريقة الوحيدة التي تحدث بها جينات جديدة تمامًا. في الواقع ، بدأ كل جين في العالم كطفرة! الآليات الأربع الأخرى هي مجرد طرق مختلفة يمكن من خلالها تعديل الجينات ، ولكن مع الطفرة ، فهي شيء جديد لم يسبق له مثيل من قبل.

معظم الطفرات ليس لها أي تأثير على الكائن الحي ، أو قد يكون لها تأثير سلبي. ولكن ، من حين لآخر ، تحدث طفرة تعمل على تحسين الكائن الحي بطريقة ما. ربما يكون أسرع قليلاً ، أو لديه أسنان أكثر حدة ، أو عقل أفضل. عندما يحدث هذا ، يكون الكائن الحي أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة والتكاثر ونقل الجين الجديد إلى نسله. عندما تنتشر هذه الجينات بين السكان ، يقال إنها كذلك تطورت.

الهجرة

عندما تتحرك الكائنات الحية داخل وخارج منطقة ما ، فإنها أيضًا تأخذ جيناتها معهم!

في مجال الحفظ ، يتمثل أحد الاهتمامات الرئيسية في كيفية تجزئة المناظر الطبيعية البرية بشكل متزايد. تم بناء المزيد من الطرق والمزارع ومراكز التسوق ، ولا تتحرك الحيوانات الخجولة كما فعلت في الماضي.

الآن ، هناك احتمال حقيقي هو أن تصبح بعض المجموعات معزولة للغاية وقد تتطور في النهاية لتصبح فطرية. إذا حدث هذا ، فمن المرجح أن يستسلموا للمرض أو يكونون غير قادرين على التكيف مع بيئة متغيرة لأنهم لن يتمكنوا من الوصول إلى جينات جديدة قد تساعدهم على البقاء على قيد الحياة بشكل أفضل.

الانتقاء الطبيعي

قد يبدو أن "الانتقاء الطبيعي" مفهوم يصعب فهمه يعود تاريخه إلى داروين وعصائر غالاباغوس الخاصة به ، ولكنه في الواقع بسيط جدًا.

تتعرض الكائنات الحية لظروف مختلفة تؤثر على مدى احتمالية بقائها على قيد الحياة وإنجاب الأطفال. هذا كل شيء! تسمى هذه الظروف المختلفة ضغوط انتقائية، يمكن أن تكون خارجية (في البيئة) أو داخلية (داخل أجسامهم).

قد تكون أمثلة الضغوط الانتقائية هي درجة الحموضة في مياه المحيط (سوف تذوب أصداف السلطعون عندما تكون حمضية للغاية) ، أو مرض جديد (تتطور شياطين تسمانيا لتصبح أكثر مقاومة لورم الوجه المعدي) ، أو مدى جاذبية الكائن الحي للآخرين ( من المرجح أن تجد الحيوانات "الجميلة" أو "الوسيمة" رفقاء وتتكاثر أكثر من نظيراتها "القبيحة").

الانتقاء الاصطناعي

الانتقاء الاصطناعي مشابه للانتقاء الطبيعي ، باستثناء تحديد البشر للحد الذي يسمح للكائنات الحية بالتكاثر. نقوم بذلك لأننا نريد تطوير سمة معينة في الكائن الحي ، مثل القمح عالي الإنتاجية أو البسيسات الأكثر صداقة.

تحقق من هذا المثال الرائع للانتقاء الاصطناعي في بعض الأشياء التي قد تأكلها طوال الوقت:

تعتبر الكلاب مثالًا رائعًا على الاختيار الاصطناعي. هناك 340 سلالة مختلفة من الكلاب في العالم ، تم إنشاؤها جميعًا بواسطة أشخاص لغرض معين. في بعض الحالات ، مثل English Bulldogs أو Chihuahuas ، يتم التلاعب بجينات هذه الكلاب لجعلها جذابة جسديًا ولكن يمكن أن تسبب في الواقع آثارًا جانبية غير صحية. ليس من المحتمل جدًا أن تكون هذه الكلاب قد تطورت على هذا النحو في البرية.

الانحراف الجيني

معظم الجينات ليس لديها ضغوط انتقائية عليها مما يجبرها على التطور بطريقة أو بأخرى. إنها تطفو بشكل عرضي في مجموعة سكانية ، وفي كل مرة يولد كائن حي جديد ، يتم إعادة ترتيب جيناته من والديه بشكل عشوائي.

هذا له بعض الآثار المثيرة للاهتمام. إذا كان عدد السكان صغيرًا جدًا ، فمن المرجح أن تظهر ظاهرة تسمى الانحراف الجيني—تغييرات عشوائية في تجمع الجينات. تعد التجمعات السكانية الأكبر بمثابة خزانات كبيرة للجينات النادرة ، لذا من الصعب فقدانها تمامًا. على الجانب الآخر ، من الأسهل فقدان الجينات النادرة من مجموعات صغيرة لأنه لا يوجد الكثير لتبدأ بها.

على سبيل المثال ، لنفكر في مجموعة صغيرة تتكون من 20 طائرًا فقط. إذا كان لواحد فقط من هذه الطيور جينات نادرة ومات هذا الطائر ، فسيتم فقد هذا الجين من السكان. ولكن ، إذا كان هناك 10000 طائر و 50 من تلك الطيور لديها الجين النادر ، فمن المرجح أن يبقى هذا الجين في السكان عن طريق نقله إلى النسل. من غير المحتمل أن يصيب البرق جميع الطيور الخاصة الخمسين في نفس الوقت!


التقدم في العلوم الطبية

لم يشهد الطب البشري العديد من التطورات أو التحسينات الكبيرة حتى حوالي القرن التاسع عشر ، عندما ارتفع عدد سكان العالم و rsquos إلى مليار لأول مرة ، ولم ننظر إلى الوراء منذ ذلك الحين.

كما حدث التقدم في العلوم والطب والممارسات الزراعية ثورة في الطريقة التي نطعم بها العالم ، بدأ الناس في العيش لفترة أطول ، وبقي المزيد والمزيد من الأطفال على قيد الحياة في سن الإنجاب ولديهم أسر خاصة بهم. نما عدد السكان & ndash في جميع أنحاء العالم.

أدى ظهور الصناعة والزراعة على نطاق واسع إلى أن الأسر يمكن أن تكون أكبر بكثير مما كانت عليه في الماضي. أدى التأثير الاجتماعي للانقسام بين المناطق الحضرية والريفية إلى مجتمعات ومدن أكثر تعقيدًا والمزيد من الناس.

حتى يومنا هذا ، لم تختف الميزة التي تمتعت بها آسيا على مدى السنوات العشرة آلاف الماضية.

إذا كان ثلث سكان العالم و rsquos منذ 1000 عام متمركزين في آسيا ، وبالتحديد في الصين والهند ، فمن المنطقي أن حوالي ثلث سكان العالم و rsquos لا يزالون موجودين اليوم! لا تزال ديناميكيات النمو السكاني والعوامل التي سمحت للأسر الأكبر والمزيد من الإمدادات الغذائية الوفيرة موجودة في هاتين الدولتين المكتظتين بالسكان.

من الواضح أن هناك عوامل اجتماعية وثقافية ودينية وسياسية أخرى تلعب دورًا في هذه الفئة السكانية أحادية الجانب في نهاية المطاف ، ولكن الحقيقة هي أن السكان يزدادون أضعافًا مضاعفة. بشكل أساسي ، مع وجود مستوى أساسي أعلى يبدأ داخل الصين والهند ، يظهر الانفجار السكاني على مدار المائتي عام الماضية بشكل أكثر وضوحًا هناك. كمثال رئيسي على كوكبنا غير المتوازن بشكل متزايد ، يوجد أكثر من 51.5 ٪ من سكان العالم في فقاعة آسيوية تحتوي على 19 دولة فقط.


التطور: الانجراف الجيني ، التدفق الجيني ، الطفرات ، التغيير العشوائي

  • العوامل الرئيسية التي يمكن أن تسبب التطور:
  • & # 8211 المجموعات الصغيرة تكون أكثر تنوعًا مع التغيرات في ترددات الأليل
  • -فرص التزاوج غير العشوائية تؤدي فقط إلى تلك الصفات "المفضلة" التي يتم نقلها إلى مجموعات سكانية في المستقبل
  • & # 8211 يمكن إنشاء أليلات جديدة عند حدوث طفرات (يغير ترددات الأليلات الجديدة والأصلية)
  • - الهجرة تسبب تغيرات في الوفرة النسبية للأليلات
  • - يحدث الانتقاء الطبيعي عندما يكون لدى الأفراد الذين لديهم أليلات معينة نجاح تناسلي أكبر من غيرهم
    • على سبيل المثال: في مجموعة تضم 100 من الضفادع المهددة بالانقراض ، تم القضاء على ضفدع واحد يحتوي على أليل معين ونصف السكان بسبب الجفاف الشديد
    • 2 نتائج ممكنة لتكرار هذا الأليل:
    • قد يكون هذا الضفدع واحدًا من 50 ضفدعًا مات (أليل نادر تم استبعاده من تجمع الجينات)
    • على سبيل الصدفة ، نجا هذا الضفدع وتضاعف تردد الأليل

    النمو السكاني العالمي

    سينتهي قرنان من النمو السكاني العالمي السريع

    من أهم الدروس المستفادة من التاريخ الديموغرافي للدول أن الانفجارات السكانية مؤقتة. للعديد من البلدان التحول الديموغرافي لقد انتهى بالفعل ، وبما أن معدل الخصوبة العالمي قد انخفض الآن إلى النصف ، فإننا نعلم أن العالم ككل يقترب من نهاية النمو السكاني السريع.

    يقدم هذا التصور نظرة عامة كبيرة على التحول الديموغرافي العالمي & # x2013 مع أحدث البيانات من شعبة السكان في الأمم المتحدة.

    بينما نستكشف في بداية دخول النمو السكاني ، نما عدد سكان العالم ببطء شديد حتى 1700 & # x2013 فقط 0.04 ٪ سنويًا. في آلاف السنين حتى تلك النقطة من التاريخ ، أدى ارتفاع معدل وفيات الأطفال إلى إعاقة ارتفاع معدل الخصوبة. كان العالم في المرحلة الأولى من التحول الديموغرافي.

    بمجرد تحسن الصحة وتراجع معدل الوفيات ، تغيرت الأمور بسرعة. على مدار القرن العشرين على وجه الخصوص: على مدار المائة عام الماضية ، تضاعف عدد سكان العالم أكثر من أربعة أضعاف. & # xA0 كما نرى في الرسم البياني ، أصبح ارتفاع عدد سكان العالم أكثر حدة وانحدارًا ، وقد عشت للتو أكبر زيادة في ذلك منحنى. هذا يعني أيضًا أن وجودك هو جزء صغير من سبب انحدار هذا المنحنى.

    أدت الزيادة في عدد سكان العالم بمقدار 7 أضعاف على مدار قرنين من الزمان إلى تضخيم تأثير البشرية على البيئة الطبيعية. إن توفير المساحة والغذاء والموارد لعدد كبير من سكان العالم بطريقة مستدامة في المستقبل البعيد هو بلا شك أحد التحديات الكبيرة والخطيرة التي يواجهها جيلنا. لا ينبغي لنا أن نرتكب خطأ التقليل من أهمية المهمة التي تنتظرنا. نعم ، أتوقع أن تساهم الأجيال الجديدة ، لكن علينا الآن أن نوفرها. لا يزال النمو السكاني سريعًا: في كل عام يولد 140 مليون نسمة ويموت 58 مليونًا & # xA0 & # x2013 ، الفرق هو عدد الأشخاص الذين نضيفهم إلى عدد سكان العالم في عام: 82 مليونًا.

    باللون الأحمر ، ترى معدل النمو السكاني السنوي (أي النسبة المئوية للتغير في عدد السكان سنويًا) لسكان العالم. بلغ ذروته منذ حوالي نصف قرن. تم الوصول إلى ذروة النمو السكاني في عام 1968 بمعدل نمو سنوي قدره 2.1٪. & # xA0 ومنذ ذلك الحين تباطأت الزيادة في عدد سكان العالم وتنمو اليوم بنسبة تزيد قليلاً عن 1٪ سنويًا. لم يكن هذا التباطؤ في النمو السكاني متوقعًا فحسب ، بل كان متوقعًا. تمامًا كما كان متوقعًا من قبل علماء الديموغرافيا (هنا) ، يشهد العالم ككل إغلاق تحول ديموغرافي هائل.

    يوضح هذا الرسم البياني أيضًا كيف تتصور الأمم المتحدة النهاية البطيئة للتحول الديموغرافي العالمي. مع استمرار النمو السكاني في الانخفاض ، يصبح المنحنى الذي يمثل سكان العالم أقل حدة. بحلول نهاية القرن & # x2013 عندما ينخفض ​​النمو السكاني العالمي إلى 0.1 ٪ وفقًا لتوقعات الأمم المتحدة و # x2013 ، سيكون العالم قريبًا جدًا من نهاية التحول الديموغرافي. من الصعب معرفة ديناميكيات السكان بعد عام 2100 ، فسوف تعتمد على معدل الخصوبة وكما نناقش في مدخلنا حول معدلات الخصوبة هنا & # xA0 ، تتراجع الخصوبة أولاً مع التطور & # x2013 ثم ترتفع مع التنمية. سيكون السؤال هو ما إذا كان سيرتفع فوق متوسط ​​طفلين لكل امرأة.

    يدخل العالم المرحلة الأخيرة من التحول الديموغرافي وهذا يعني أننا لن نكرر الماضي. تضاعف عدد سكان العالم أربع مرات على مدار القرن العشرين ، لكنه لن يتضاعف بعد الآن على مدار هذا القرن.

    سيصل عدد سكان العالم إلى حجم ، والذي سيكون غير عادي إذا ما قورنت بتاريخ البشرية و # x2019 ، إذا كانت توقعات الأمم المتحدة دقيقة (لديهم سجل جيد) ، سيكون عدد سكان العالم قد زاد بأكثر من 10 أضعاف على مدى 250 سنوات.

    نحن في طريقنا إلى توازن جديد. ثم اقترب التحول الديموغرافي العالمي الكبير الذي دخل إليه العالم منذ أكثر من قرنين من الزمان: هذا التوازن الجديد يختلف عن ذلك في الماضي عندما كان معدل الوفيات المرتفع للغاية هو الذي أبقى النمو السكاني تحت السيطرة. في الميزان الجديد سيكون انخفاض الخصوبة يبقي التغيرات السكانية صغيرة.

    الإسقاط السكاني للأمم المتحدة حسب البلد والمنطقة العالمية حتى عام 2100

    يُظهر الرسم البياني التغير في إجمالي عدد السكان منذ عام 1950 ومن عام 2015 يُظهر توقعات الأمم المتحدة للسكان حتى نهاية القرن.

    This interactive visualization you can change to any other country or world region.

    By switching to the map view you can explore the projection of the distribution of the global population.

    As we see here, there is a significant fall in the population growth rate, particularly in the second half of the 21st century. Although the world population is still rising at the end of the century, it’s doing so very slowly. We would therefore expect growth to come to an end very soon after 2100.

    In this projection the world population will be around 10.88 billion in 2100 and we would therefore expect ‘peak population’ to occur early in the 22nd century, at not much more than 10.88 billion.


    Appendix C. Stochastic Modeling

    The model presented above is deterministic. We introduce stochasticity by updating species counts ن1 و ن2 using distribution functions based on equations (A1).

    Logistic Growth

    At each time step, the counts of species 1 and 2 are updated to account for logistic growth:

    Exponential Growth Plus Death

    To introduce a net death rate, we develop the expression of the deterministic logistic growth into a (positive) exponential growth term and a (negative) density-dependent death term.

    تعريف

    At each time step, a random fraction of individuals of species 1 in deme x are randomly moved into demes x + dx and x − dx . All demes are processed sequentially in a random order with the following scheme:

    draw B = Binomial ( N 1 , p = D 1 d t / dx 2 )

    draw B left = Binomial ( B , p = 0.5 )

    update N 1 ( x , t + dt ) → N 1 ( x , t ) − B

    update N 1 ( x − dx , t + dt ) → N 1 ( x − dx , t ) + B left

    update N 1 ( x + dx , t + dt ) → N 1 ( x + dx , t ) + ( B − B left )

    In practice, we set dt = 1 and dx = 1 without loss of generality. We also keep ص1, ص2, د1، و د2 small enough to ensure that the probabilities in binomial distributions remain smaller than 1.

    Evolutionary Simulations without Trade-Off

    At each time point, each division gives rise to a mutation, with a probability of 5%. Each new phenotype is randomly drawn from a normal distribution centered on the ancestor phenotype, with a standard deviation of 0.1 times the phenotype in each direction. To speed up the simulations, subpopulations that did not reach a certain size after a certain time since they appeared are cleared up, and their counts are randomly distributed over the remaining populations.

    Evolutionary Simulations with Trade-Off

    At each time point, each division gives rise to a mutation, with a probability of 1%. Each new phenotype randomly falls on the trade-off line (uniform distribution), which is split into 500 bins within the first quadrant of the space ( r , D ) .


    Organisms, Populations and Communities: Mark And Recapture Practical

    This was originally written in Star Office and then copy and pasted office. The numbers seen must be put into a table to make sense. Other than that it is a good example for practical lab reports.

    Organisms, Populations and Communities

    The Mark and Recapture method of estimating population size is used in the study of animal populations where individuals are highly mobile. It is of no value where animals do not move or move very little. The number of animals caught in each sample must be large enough to be valid. There is a simple formula used to find the approximate number of organisms in the area. This formula is:

    No. of animals in 1st sample * No. of animals in 2nd sample

    Total population = Number of marked animals recaptured

    Using this simple technique you are able to gather an approximate number of organisms in the area.

    To use matches to simulate the mark and recapture method. We will use the mark and recapture method to estimate the counting of an organism population.

    I feel that this practical will not accurately portray the mark and recapture method of counting population. I do not think that the sample we are to use is big enough for an accurate result. We are only using a box of matches which at most will contain 60 matches.

    Marked matches pulled from sample of 20

    Estimated population of matches:33+33+33+50+40

    Estimated population of matches: 38

    Actual number of matches: 36

    The results from the practical were relatively accurate. The estimated number of matches differed only by 2 in comparison with the actual number of matches. By using 5 samples inaccuracies were evened out to make sure a relatively accurate number was given at the end. If only one or two samples were taken then you could gather a figure unusually high or unusually low.

    To make sure that the samples were accurate four steps were taken. We marked the matches with highlighter, so that when selecting our matches we were not bias as we could not know which ones were marked, unlike if we marked them with tape or a tag. We mixed the marked matches back with the rest of the unmarked matches in a jar and shook the jar to make sure there was full integration. Then someone would pull matches from the jar while not looking in order not to make a bias selection. Finally five different samples were taken in order to gather a variety of answers.

    There are some problems with the mark and recapture method of counting populations. If consequent sampling of the organisms is taken too soon after marking or re-counting then chances are the organisms have not had time to mix back into their habitat which means when they are recaptured you are given the indication that there are a lower number of organisms than what there really are. If subsequent samples are taken too long after marking or re-counting than there is a very high possibility that the organisms are dead or have moved to a different habitat. This gives the indication that there are more animals in the population that what there really are, as the calculation will be wrong.

    There are assumptions made in this method of sampling that, if were not true, would cause the method to be inaccurate and fail. The method assumes that it is being used for a large population, not a small isolated population. If the population sampled was small and isolated than subsequent sampling would prove inaccurate. It also assumes that the animals move. If animals are sampled that do not move than you will get inaccurate results as you will be resampling the exact same animals in the same area. It also assumes that the animals stay in the one area all the time. If the animals migrate at all then later samples will prove inefficient as there will be none or few animals to recapture.

    There are many animals that this method would be unsuitable for. They include migrating animals, stationary animals, territorial animals and humans. The method would not work with these kinds of organisms as they go against the assumptions that the method uses. The method assumes that the sampled animal is one that moves, interacts with others of its kind and stay in the one area all the time. The technique also assumes random mixing after tagging. If this does not happen then the results obtained will be inaccurate.

    There are three main ways of marking animals for this method. Marking the animal with paint or some other marking device (pen, ink etc.) is the simplest method for marking organisms. However, it has many drawbacks. The mark may come off due to rain, water, or the organism shedding skin. Also, the marks may be confused with other natural marks on the animal, such as dirt and grime. Also the paint or ink may poison the animal causing death (an example of this is canetoads and paint).

    Another method of marking organisms can be tagging them. This involves a tag with information being placed onto the animal at the time of capture. This is a good way of marking as more information can be put onto the animal than marking with ink or paint such as sample number and date collected. However, the tags can only carry limited information and may come off the animal from scratching or natural wear. This means that an animal may not be counted as being previously captured as it has no tag.

    The third and most effective way of marking animals is with an electronic microchip. This is where a small microchip is placed under the animals skin and when scanned delivers information put on the chip. This method allows large amounts of data to be put onto the chip unlike normal tags. It is also harder for the tags to dislodge or fall off as they are secured under the animals skin, not connected to it like normal tags. However, this method would be ineffective for small animals such as small crabs and mollusks as the tags would be too big. It is also a very expensive way to mark animals and would be more suited for larger fish, mammals, reptiles and other large organisms.

    We used matches to simulate the mark and recapture method counting populations. The practical worked accurately which refuted our hypothesis. The sample number of matches was large enough to use as an example. We also overcame the problem of the marked matches integrating with the unmarked matches by mixing them together in a glass jar. The practical was an accurate example of the mark and recapture method of counting population.


    شاهد الفيديو: Groei wereldbevolking jaar 0 - 2030 (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Nasar

    إنها الجواب الممتع

  2. Manfrid

    إنها معلومات رائعة ومسلية إلى حد ما

  3. Shabei

    الشيطان يحترق !!!

  4. Malasida

    بفضل المؤلف على وظيفة ممتازة. قرأته بعناية فائقة ، وجدت الكثير من الأشياء المهمة لنفسي.

  5. Kashakar

    إنها تتفق ، عبارة مفيدة إلى حد ما

  6. Wattesone

    هي العبارة المسلية



اكتب رسالة